船舶廢氣脫硫系統(tǒng)的安裝設計

張廣彧

摘 要：IMO對全球區(qū)域的船舶限硫排量要求的生效日益接近，船東需提前了解減排方法并采取應對措施；本文分析船舶廢氣脫硫系統(tǒng)的設計流程，并對系統(tǒng)安裝設計的要點進行歸納與研究。

關鍵詞：船舶廢氣；硫排放；安裝設計

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.16.187

1 前言

根據(jù)MARPOL公約附則6修正案的要求規(guī)定：在排放控制區(qū)域（ECA），2010年7月1日后，燃油中的含硫量須低于1%；2015年1月1日后，燃油中的含硫量須低于0.1%；而在非排放控制區(qū)域，2020年1月1日后，燃油含硫量不得超過0.5%。

目前，應對低硫排放要求的主要有兩種方法，使用低硫燃料或加裝廢氣處理系統(tǒng)：然而，低硫燃油的煉制成本問題導致其價格遠高于普通燃油，因公約的實施，預計會在2020年前后造成低硫燃油的價格大幅上漲，給船東帶來較高的運營成本；加裝船舶廢氣脫硫系統(tǒng)后，可繼續(xù)使用重油，且滿足IMO的廢氣排放標準，是一種可靠的應對方法；隨著脫硫技術的日益完善，脫硫設備生產(chǎn)廠家也日漸增加，購買設備及安裝成本將會有進一步下降的可能性，也是眼下最經(jīng)濟的選擇。

2 船舶廢氣脫硫系統(tǒng)

目前市場上廠家處理原理方式上可分為干式法和濕式法：

干式法一般采用氫氧化鈣作為吸收劑，與煙氣中的硫化物產(chǎn)生氧化還原反應，但設備體積較大，不適合船舶上使用；

濕式法直接或間接使用海水，利用海水天然的堿性，且對于航線在海水的船舶，海水充分的天然優(yōu)勢，使得濕式法處理系統(tǒng)在船舶專業(yè)上發(fā)展較快；濕式法又根據(jù)直接使用海水或是淡水作為吸收劑，分為開環(huán)系統(tǒng)、閉環(huán)系統(tǒng)以及二者可切換的混合式系統(tǒng)；因開環(huán)與閉環(huán)系統(tǒng)在功能用途上各有優(yōu)缺點，目前市場上廠家多設計為混合式系統(tǒng)。

混合式廢氣洗滌脫硫系統(tǒng)主要包含以下設備：洗滌塔、循環(huán)柜、處理單元、控制與檢測系統(tǒng)、以及各類泵及儲存柜等。

開環(huán)系統(tǒng)工作流程為：由海水升壓泵于海底門或海水總管上取海水，直接送至洗滌塔進行吸收反應，反應后的廢水經(jīng)處理單元處理后直接排出舷外，或由處理單元處理后排出舷外；

閉環(huán)系統(tǒng)工作流程為：循環(huán)柜內(nèi)的堿水由升壓泵，送至洗滌塔進行吸收反應，反應后的廢水流回循環(huán)柜；在運行一定時間后，循環(huán)柜內(nèi)堿水PH值會降低，此時由處理單元處理后排出舷外，再由加藥單元將高濃度堿液注入至循環(huán)柜內(nèi)，完成混合。

3 廢氣洗滌脫硫系統(tǒng)安裝設計

廢氣洗滌脫硫系統(tǒng)布置范圍較廣，且洗滌塔體積龐大，給安裝設計帶來不小的困難。現(xiàn)公約尚未生效，多數(shù)船東采取觀望態(tài)度，因此在新造船設計時，可先預留好設備安裝位置及接口方式，以便后期加裝；對于營運船舶的加裝，可先進行3D掃描，留好實船環(huán)境模型，作為改造設計的基礎。

系統(tǒng)的整體布置如下：主要設備洗滌塔布置在船舶煙囪內(nèi)；循環(huán)柜、處理單元及加藥單元等可根據(jù)實船情況，布置在機艙上平臺或煙囪內(nèi)；海水泵等布置機艙底層海底門附近，以保證系統(tǒng)取水正常；電氣與控制箱可安裝在集控室附近，便于船員操作。

洗滌塔與排氣系統(tǒng)的設計：洗滌塔串聯(lián)連接在排氣系統(tǒng)管路上，并設置旁通閥門，應對洗滌塔突發(fā)故障情況下，排氣系統(tǒng)能夠正常運行；同時要優(yōu)化排氣管路走向，安裝廢氣洗滌系統(tǒng)后，保證排氣背壓滿足柴油機廠家的設計要求，否則考慮額外安裝風機，保證排氣順暢；如多個柴油機共用一個洗滌塔但單獨使用時，需要設置隔離閥，放置煙氣倒流損害未工作的柴油機，如多個柴油機同時運行，則需要設置煙氣匯集裝置。

洗滌塔的布置，除滿足幾何安裝空間以外，還要保證設備的操作與維護空間；另外，因洗滌塔本身質(zhì)量過大，應對船體結(jié)構強度進行評估，可對其安裝平臺結(jié)構進行加強；又因其設備本體高度原因，建議在適當位置增加橫撐，減小因振動對設備的損害。對于營運船加裝系統(tǒng)，需要考慮加裝改造對空船重量重心的影響，此外，還要考慮設備的吊運方式，需要合理布置工藝孔，保證吊運安全。

循環(huán)水系統(tǒng)的設計：為便于安裝設計，循環(huán)柜與循環(huán)泵等應盡量設計為單元模塊式，以減小安裝空間，便于布置；循環(huán)水管路、閥門及附件等應選用耐腐蝕材料，或有耐腐蝕涂層；另外，需要設置換熱器，保證循環(huán)水進入洗滌塔的溫度滿足設計要求；另需足夠的空間布置處理單元，經(jīng)處理過的循環(huán)水通過獨立的舷外管排出舷外，或經(jīng)由處理單元的旁通閥直接排出舷外；排舷外口位置要遠離海水吸入口，且排舷外管上要有取樣裝置。

海水系統(tǒng)的設計：對于開式運行，最好為洗滌塔設有獨立的海水泵；如共用海水泵，需要計算海水泵的排量滿足各系統(tǒng)在最大工況下使用量；對于營運船加裝，還要核實海水總管以及海水閥箱有效流通面積，保證其滿足海水使用總量；此外，需要設置過濾器，海水經(jīng)過有效過濾后方可進入洗滌塔。

加藥系統(tǒng)的設計：根據(jù)脫硫藥劑的種類區(qū)分，目前較常見的兩種方法為鈉堿法與鎂基海水法，分別使用NaOH溶液或MgO。對于鈉堿法比較重要的問題是堿液的注入、儲存及駁運：需要根據(jù)船舶柴油機廢氣排放量、船舶航行路線等因素，計算堿液需求量，從而確定堿液儲存艙柜容積，并設置透氣，測深及溢流管路；在主甲板以上設置堿液注入通岸接頭；在儲存柜出口端設置快關閥，以保證緊急情況下立刻切斷管路；此外，儲存柜及加藥泵等周圍，需設置集水圍板，及獨立的泄放管路，已回收泄露出來的堿液。

鎂基海水法通常是使用MgO配置成一定濃度的溶液，因此需要布置配置系統(tǒng)，一般會由廠家設計為包括配比、攪拌、存儲及供給的獨立單元。還要考慮到干藥粉的存儲問題，存儲場所需設置機械通風。另外，針對化學藥品的危險性，必須在配置單元附近以及存儲場所設置相應的PPE設備，以及涉及化學藥品的MSDS文件。

電氣及控制系統(tǒng)的設計：應在本地設置獨立的系統(tǒng)控制箱，并在集控室設置同步的遠控屏，用于整個系統(tǒng)的供電及監(jiān)控，主要的監(jiān)控點包括廢氣的進出口溫度、壓力等，各旁通閥門的開關狀態(tài)，以及排舷外的循環(huán)水PH值等參數(shù)；針對營運船加裝，需要進行電力負荷計算，確保滿足用電需求，在主配電板上增設空壓開關；同時明確與原船電氣系統(tǒng)的接口方式，如機艙公共報警系統(tǒng)，船舶GPS系統(tǒng)等。